[发明专利]PANI/GO/PAN纳米纤维膜复合型钾空气电池负极及其制备方法

说明书

一种PANI/Go/PAN纳米纤维膜复合型钾空气电池负极及其制备方法，该钾空气电池负极由多孔钾片压制成电极片后，用PANI/Go/PAN纳米纤维膜包覆在所述电极片表面，并通过机械压制成钾空气电池负极。制备步骤是：将聚丙烯腈加入到溶剂中得到胶状液，将苯胺和樟脑磺酸加入胶状液中，搅拌后，加入过硫酸铵，冷藏后，加入氧化石墨烯，得到纺丝溶液，通过静电纺丝，得到纳米纤维膜；将扎孔的金属钾片和集流体镍网压制成电极片后，用纳米纤维膜包覆在电极片表面，压制成钾空气电池负极。优点是：该纳米纤维膜复合型钾空气电池负极可以抑制钾枝晶的形成，减缓负极的腐蚀与失效，应用于钾空气电池，可以提高钾空气电池的性能和循环寿命。

技术领域

本发明涉及一种PANI/GO/PAN纳米纤维膜复合型钾空气电池负极及其制备方法。

背景技术

钾空气电池是一种用钾金属作负极，以空气中提供的氧气作为正极反应物的电池。钾空气电池在放电过程中，钾金属负极释放电子后成为钾离子，钾离子穿过电解质，在正极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化钾或者过氧化钾，并留在正极。充电过程：通过导线供应电子，钾离子穿过有机电解液到达负极表面，在负极表面发生反应生成金属钾，正极侧反应生成氧气，产生的电子供应给导线。但是在钾空气电池在工作过程中，金属钾负极容易遇氧气或水容易发生化学反应，形成钾枝晶，造成负极的腐蚀失效，最终导致钾空气电池的放电终止。因此，解决钾金属负极的腐蚀失效问题，成为了钾空气电池能否得到成功应用的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可抑制钾枝晶生成、减缓钾空气电池负极腐蚀的PANI/GO/PAN纳米纤维膜复合型钾空气电池负极，该钾空气电池负极制作的锂空气电池具有较高的电池比能量和循环性能，且安全性好。

本发明的技术解决方案是：

一种PANI/GO/PAN纳米纤维膜复合型钾空气电池负极，其特殊之处在于，所述钾空气电池负极由经扎孔处理的金属钾片和集流体镍网压制成电极片后，用通过静电纺丝制备的PANI/GO/PAN纳米纤维膜包覆在所述电极片表面，并通过机械压制复合成PANI/GO/PAN纳米纤维膜复合型钾空气电池负极。

一种PANI/GO/PAN纳米纤维膜复合型钾空气电池负极的制备方法，其具体步骤如下：

（1）配制纺丝溶液

将聚丙烯腈加入到溶剂中，室温下搅拌2h～4h得到均匀的胶状液，将苯胺和樟脑磺酸按照质量比1:1.2加入到所述胶状液中，所述苯胺与聚丙烯腈的质量比为0.3:1，搅拌2h～4h后，按照聚丙烯腈与过硫酸铵质量比4:3加入过硫酸铵室温下搅拌30min～60min，将溶液放入5℃的冰箱冷藏室中24h～48h，然后将氧化石墨烯加入到经冷藏室静置的溶液中，所述氧化石墨烯与聚丙烯腈的质量比为1:6，室温下搅拌12h～24h，得到纺丝溶液；

（2）制备PCSP隔膜

将纺丝溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数如下：纺丝电压为6kV～10kV，纺丝接收距离为10cm～18cm，环境温度为20℃～28℃，相对湿度为20%～30%，待纺丝溶液耗尽后，得到PANI/GO/PAN纳米纤维膜；

（3）钾片处理

在氧含量和水含量均小于1 ppm的手套箱中，在钾片上呈矩阵排布均匀扎孔，每个孔的孔径为1 mm；

（4）制作钾空气电池负极

将扎孔的金属钾片和集流体镍网压制成钾电极片后，用PANI/GO/PAN纳米纤维膜包覆在所述钾电极片表面，用热压机进行压制，压制的压强为0.15MPa，压制的温度为40℃～60℃，压制时间为90 s～120s，制成钾空气电池负极。

进一步的，所述溶剂为氯仿和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂。

进一步的，所述氯仿和N，N-二甲基甲酰胺的质量比为1:6.5。